Mauro Goretti - Programmatore.

Le proprietà dei gas. Fisica.

Il forte tiro in porta di un calciatore è spesso riferito dai cronisti e dai tifosi con il termine, chiaramente esagerato, di “cannonata”. Effettivamente però l'energia che viene trasmessa al pallone è atta a imprimergli una spinta di tutto rispetto, come ben sa il portiere che tenta di parare il tiro. Ma cerchiamo di immaginare un pallone riempito d'acqua o di qualunque altra sostanza liquida o solida: colui che osasse calciarlo rischierebbe di rimetterci il piede, senza riuscire a smuoverlo di molto. Dunque è essenziale, se si vuole giocare al calcio, che il pallone sia riempito d'aria o comunque di sostanze gassose. Ciò perché alcune proprietà dei corpi dipendono non già dalla sostanza di cui sono fatti, ma dallo stato fisico in cui si trovano: solido, liquido, gassoso. È interessante quindi analizzare le proprietà e il comportamento dei gas perché se ne sono tratte molte applicazioni pratiche di grande diffusione e importanza.

Comprimibilità ed elasticità.

In una bottiglia di un litro non si può far stare più di un litro d'acqua o di qualsiasi altro liquido. Se si tenta di comprimerlo, con l'intento di ridurne il volume, si può ottenere come unico risultato di rompere la bottiglia. I liquidi non sono comprimibili. La stessa bottiglia contiene, quando è “vuota”, un litro di aria, ma con una pompa è possibile immettervene dell'altra. L'involucro del pallone, per esempio, delimita uno spazio chiuso nel quale si può costringere una quantità d'aria variabile, dipendente dalla forza di cui si dispone per azionare la pompa. Tanto maggiore è la quantità d'aria che si immette, altrettanto salirà la pressione interna, fino eventualmente a provocarne lo scoppio dell'involucro. Quando si sferra un calcio al pallone, o quando una ruota munita di pneumatico passa sopra a un sasso, si ha anzitutto una deformazione dell'involucro (resa possibile dal comprimersi dell'aria interna) alla quale segue l'immediato ritorno alla forma iniziale. Quest'ultima azione dimostra la perfetta elasticità che caratterizza l'aria e, in generale, tutti i corpo gassosi. Comprimibilità ed elasticità sono prerogative tipiche dei gas, nei quali si manifestano in misura elevatissima.

I gas si espandono.

La persona distratta che esce di casa dimenticando aperto un rubinetto dell'acqua potrà anche trovare, al ritorno i pavimenti allagati, ma ben più gravi (e pericolose!) conseguenze potrebbe lamentare se il rubinetto dimenticato fosse quello del gas. Un liquido si limita a scorrere sul pavimento, un gas invece si espande in ogni direzione fino ad occupare tutto il volume disponibile. La tendenza alla massima espansione è un'altra caratteristica tipica degli aeriformi.

Pressione e volume.

Molti esperimenti sulle proprietà dei gas si possono compiere con una comune siringa per iniezioni, o con una pompa da bicicletta. Premendo sullo stantuffo, mentre si tiene chiuso il foro del deflusso con un dito, si avverte una resistenza sempre maggiore che dimostra come, diminuendo il volume nel quale si trova l'aria, ne aumenti la pressione. C'è una relazione matematica di proporzionalità inversa fra il volume e la pressione, vale a dire che se il volume si riduce alla metà di quello iniziale, la pressione diventa doppia. Perché ciò avvenga è indispensabile mantenere costante la temperatura, che influisce anch'essa sulla pressione. L'affermazione che “a temperatura costante i volumi occupati da un gas sono inversamente proporzionali alle pressioni agenti” enuncia la nota legge fisica di Boyle Mariotte. Se, dopo aver spinto lo stantuffo della pompa, lo lasciamo libero, esso ritorna alla posizione di partenza dando una buona dimostrazione dell'elasticità dell'aria e, in generale, dei gas.

La teoria cinetica.

Il comportamento dei gas è spiegato sulla base della teoria cinetica, la quale presuppone che le molecole degli aeriformi siano animate da un incessante moto di allontanamento reciproco. Ciò è causa di urti fra le molecole stesse, nonché fra esse e le pareti del recipiente. In questo modo si viene a dare ragione della tendenza all'espansione e della pressione contro le pareti. L'energia necessaria a mantenere tale movimento è fornita dal calore che il gas possiede: per questo un gas aumenta di pressione se, a parità di volume, viene riscaldato.

Legge di Boyle e Mariotte.

Se il volume si riduce della metà, la pressione diventa doppia. Pressione e volume sono inversamente proporzionali, a temperatura costante.